laporan elektronika

BAB 1
PENDAHULUAN

A. Latar Belakang
Kapasitor banyak penerapannya pada rangkaian listrik. Kapasitor digunakan untuk menyetel sirkuit radio dan untuk memuluskan jalan arus terrektifikasi yang berasal dari sumber tenaga listrik. Kapasitor dipakai untuk mencegah adanya bunga api pada waktu sebuah rangkaian yang mengandung induktansi tiba-tiba dibuka. Efisiensi tranmisi daya arus bolak-balik sering dapat dinaikan dengan menggunakan kapasitor besar.
Kapasitansi C sebuah kapasitor didefinisikan sebagai perbandingan besar muatan Q pada salah satu konduktornya terhadap besar beda potensial Vab anatara kedua konduktor tersebut :
C = Q / Vab
Maka berdasarkan definisi ini, satuan kapasitansi ialah satu coulomb per volt atau ( 1 C V-1 ). Kapasitansi sebesar 1 coulomb per volt disebut 1 farad.

B. Tujuan
1. Mengetahui jenis alat ukur yang digunakan dalam pengukuran besaran listrik.
2. Mengetahui cara pengukuran besaran listrik (tahanan, tegangan, dan arus )
3. Menetahui beberapa komponen pasif dan cara pengukuran komponen pasif.











BAB II
DASAR TEORI

Untuk mempelajari elektronika maka dibutuhkan alat-alat ukur elektronika untuk menganalisa besaran-besaran elektronika. Piranti dan alat ukur yang digunakan dalam praktikum-praktikum antara lain multimeter, osciloscope, dan signal generator. Di bawah ini penjelasan mengenai alat-alat yang disebutkan di atas :
a. Multimeter
Multimeter juga disebut Avometer terdiri dari amperemeter, ohmmeter, dan voltmeter, bahkan ada pula yang dilengkapi dengan kemampuan mengukur βdc transistor dan nilai kapasitansi. Satu hal yang penting yaitu batas ukur dari multimeter pada saat melakukan pengukuran.
b. Osciloscope
Osciloscope adalah alat yang dapat mengukur besaran-besaran elektronika seperti tegangan AC ataupun DC, frekuensi suatu sumber tegangan AC dan beda fasa antara dua sumber tegangan yang berlainan, bahkan kita dapat melihat bentuk isyarat tegangan terhadap waktu. Pola-pola gelombangisyarat yang terlihat pada layer oscilloscope sebenarnya adalah tumbukan-tumbukan electron yang lepas dari sumber electron di dalam tabung dengan layer, yang diatur sedemikian rupa oleh medan-medan yang dihasilkan keeping-keping sejajar horizontal dan vertical. Keping-keping ini menimbulkan medan listrik yang besarnya tergantung pada tegangan inputnya, sehingga bila ada electron yang melewati diantara keduanya akan dibelokkan sesuai dengan besar tegangan inputnya sehingga pada layer akan terlihat pola-pola dari isyarat masukan.
c. Signal Generator
Signal generator adalh piranti pembangkit isyarat. Isyarat yang dihasilkan dapat berupa isyarat berbentuk sinusoida ataupun square yang dapat diatur frekuensinya.
d. Resistor
Resistor merupakan komponen elektronika yang bersifat menahan arus listrik. Resistor dibagi menjadi dua kategori, yaitu: fixed resistor (tetap) dan variable resistor (berubah-ubah). Resistor yang terbuat dari dari karbon terdiri dari kode warna yang menunjukan besarnya nilai dari hambatan itu sendiri. Di bawah ini adalah table warna dan nilai resistor :

Warna Nilai Toleransi
Hitam 0
Coklat 1 ±1%
Merah 2 ±2%
Jingga 3
Kuning 4
Hijau 5
Biru 6
Ungu 7
Abu-abu 8
Putih 9
Emas - ±5%
Perak - ±10%
polos - ±20%

e. Kapasitor
Kapasitor merupakan salah satu komponen yang terpenting dalam elektronika Karena mempunyai sifat:
1. Dapat menyimpan muatan listrik
2. Dapat menahan arus searah
3. Dapat melewatkan atau meneruskan arus bolak balik
Kapasitor banyak penerapannya pada rangkaian listrik. Kapasitor digunakan untuk menyetel sirkuit radio dan untuk memuluskan jalan arus terrektifikasi yang berasal dari sumber tenaga listrik. Kapasitor dipakai untuk mencegah adanya bunga api pada waktu sebuah rangkaian yang mengandung induktansi tiba-tiba dibuka. Efisiensi tranmisi daya arus bolak-balik sering dapat dinaikan dengan menggunakan kapasitor besar.
Kapasitansi C sebuah kapasitor didefinisikan sebagai perbandingan besar muatan Q pada salah satu konduktornya terhadap besar beda potensial Vab anatara kedua konduktor tersebut :
C = Q / Vab
Maka berdasarkan definisi ini, satuan kapasitansi ialah satu coulomb per volt atau ( 1 C V-1 ). Kapasitansi sebesar 1 coulomb per volt disebut 1 farad.






































BAB III
MATERI DAN METODE

A. Alat dan Bahan

1. Multimeter analogi
2. Multimeter digital
3. Kapasitansi meter
4. Resistor
5. Potensio meter, LDR
6. Papan peraga
7. Catudaya
8. Kabel jumper

B. Cara Kerja
1. Pembacaan kode dan pengukuran tahanan (resistor)
A. Fixed resistor (rasio tetap)
1. Perhatikan bentuk resistor yang ada di papan oeraga, dan lakukan pembacaan nilai tahanan yang tertera pada bodi resistor tersebut
2. Ukur besarnya tahanan tersebut menggunakan ohmmeter
3. Dengan resistor yang tersedia dipapan peraga, ukur besarnya tahanan pada titik AB, BC, dan AC
4. Bandingkan hasil pengukuran pada titik BC dan AC dengan hasil perhitungan

B. Variabel Resistor (potensio)
1. Perhatikan bentuk potensio yang ada sipapan peraga, catat kode yang tertera pada bodi resistor tersebut dan ukur tahanan pada titik AC.
2. Lakukan pengukuran nilai tahanan pada posisi ¼, ½ , ¾ dan 1 putaran
3. Catat hasil pengukuran dan buatlah grafik dari hasil pengukuran tersebut


C. Photoresistor (LDR)
1. Perhatikan bentuk LDR yang ada di papan peraga
2. Ukur besarnya tahanan saat LDR tersebut terkena cahaya dan saat tidak terkena cahaya

2. Pembacaan kode dan pengukuran kapasitor
1. Rangkaikan kapasitor pada papan breadboard
2. Mengukur besarnya kapasitor pada titik AB, BC, dan AC

3. Pengukuran tegangan DC dan AC
A. Pengukuran tegangan DC (searah)
1. Ambil sebuah catudaya
2. Mengatur potensio yang terdapat pada catudaya dan ukur tegangan yang dihasilkan

B. pengukuran tegangan DC pada rangkaian
1. Rangkaikan rangkaian dibawah ini pada breadboard
2. mengukur tegangan tegangan pada titik AB, BC, dan AC
3. Catat besarnya resistor yang terpasang, bandingkan hasil pengukuran dengan hasil pembahasan
4. mengukur tegangan pada LDR dan LED pada saat dikenai cahaya dan tidak dikenai cahaya

C. Pengukuran tegangan AC ( bolak-balik )
1. memperhatikan peragaan dan keterangan yang diberikan oleh asisten
2. ambil sebuah trafo step down dan ukur tegangan pada bagian lilitan sekundernya








BAB IV
HASIL

1. Pembacaan kode dan pengukuran tahanan (Resistor)

a. Fixed resistor (Resistor tetap)


NO KODE WARNA PEMBACAAN PENGUKURAN
1 Coklat, merah,coklat, emas 110Ω 120 ± 5%
2 Merah, ungu, coklat, emas 360Ω 270 ± 5%
3 Hijau, biru, coklat, emas 750Ω 560 ± 5%
4 Merah, hitam, merah, emas 2500Ω 2000 ± 5%
5 Coklat, hitam, emas, emas 60Ω 10 ± 5%

Tahanan pada titik AB, BC, dan AC









R1 = ungu, merah, emas, polos
R2 = merah, merah, coklat, emas
R3 = coklat, abu-abu, merah, emas

Rab = 5000Ω
Rbc = 320Ω
Rac = 5000Ω
Perbandingan hasil pengukuran pada titik BC dan AC dengan hasil perhitungan adalah
Rab = 72±20%
Rbc = 196±5%
RAc = 268±20%


b. Varieabel resistor


Posisi potensio Tahanan AB Tahanan BC
1/4 Putaran 450Ω
1000Ω

1/2 Putaran 900Ω
600Ω

3/4 Putaran 1300Ω
140Ω

1 Putaran 1400Ω
70Ω


Grafik hasil pengukuran adalah












c. Photo resistor










R saat terkena cahaya = 12000Ω
R saat terkena cahaya sebagian = 16000Ω
R saat tidak terkena cahaya = 49000Ω

2. Pembacaan kode dan pengukuran kapasitor

a. Besarnya kapasitor pada titik AB, BC, AC












Pengukuran Perhitungan
Cab 4,23 nF 3,9 nF
Cbc 0,04 nF 2,9 nF
Cac 0,06 nF 6,8 nF

Cab = 3,9 nF
Cbc= 1/7 nF +1/5 nF =5/35 + 7/35 = 12/35 = 35/12 = 2,9 nF
Cac = 3,9 nF + 2,9 nF = 6,8 nF


3. Pengukuran tegangan AC dan DC

a. Pengukuran tegangan DC (searah)


Posisi potensio Teganagan terukur
1/4 Putaran 6,1 V
1/2 Putaran 8,6 V
3/4 Putaran 6,9 V
1 Putaran 9,9 V


b. Pengukuran tegangan DC pada rangkaian











Vab = 8,8 V
Vbc = 0,48 V
Vac = 9,2 V

(hasil diatas merupakan hasil dari pengukuran dengan Voltmeter di lab)

Tegangan pada LDR dan LED pada saat LDR dikenai cahaya dan tidak dikenai cahaya :


Teg. LED Teg. LDR
Saat dikenai cahaya 4,0 V 3,2 V
Saat tidak dikenai cahaya 1,5 V 3,2 V

Apa yang terjadi pada saat LED dengan dua perlakuan yang berbeda ? Hal ini dikarenakan pada saat LED terkena cahaya maka arus yang mengalir besar, sedangkan hambatannya kecil jadi nilai tegangan LED menjadi besar. Demikian dengan sebaliknya.


c. Pengukuran tegangan AC


Lilitan sekunder Teganagan terukur
CT-6V 6,4V
CT-9V 8V
CT-12V 11V
6V-9V 28V
12V-12V 24V

Berikan kesimpulan dari hasil pengukuran tersebut diatas ? hal ini di karenakan semakin besar lilitan sekundernya maka semakin besar tegangannya.

LAPORAN ELEKTRONIKA ACARA 2

LAPORAN PRAKTIKUM
ELEKTRONIKA



SIMULASI RANGKAIAN ELEKTRONIKA
MENGGUNAKAN MULTISIM

















Oleh:
Ahmad Shodik
NIM AIH008029










DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL
UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN
FAKULTAS PERTANIAN
PURWOKERTO
2009
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Multisim, the world’s only interactive circuit simulator, memungkinkan user untuk merancang produk lebih baik dengan lebih sedikit waktu. Multisim meliputi satu dari semua versi terintegrasi dari Multicap, membuat perangkat (tool) ideal dengan cara meniru dari rangkaian yang sebenarnya. Multisim 9 juga menawarkan integrasi dengan National Instruments LabVIEW dan Signal Express mengijinkan user untuk untuk mengintegrasikan desain dan mencobanya. Featuring unparalleled ease-of-use and packed with unique and powerfull functions, Multisim merupakan satu sejarah yang mengesankan yang telah membuat simulator paling berhasil dalam industri dengan lebih dari 180.000 para pemakai di seluruh dunia.
B. Tujuan
1. Mengetahui tentang program simulasi pembuatan rangkain elektronika menggunakan software multisim.
2. Mengetahui fungsi program multisim.
3. Mengetahui cara kerja pembuatan simulasi rangkain elektronika menggunakan software multisim.

II. TINJAUAN PUSTAKA
Rangkaian listrik adalah suatu kumpulan elemen atau komponen listrik yang saling dihubungkan dengan cara-cara tertentu dan paling sedikit mempunyai satu lintasan tertutup. Rangkaian listrik terbatas pada elemen atau komponen yang memiliki dua buah terminal atau kutub pada kedua ujungnya. Pembatasan elemen atau komponen listrik pada rangkaian listrik dapat dikelompokkan kedalam elemen atau komponen aktif dan pasif (saintek.uin-suka.ac.id).
Berbicara mengenai Rangkaian Listrik, tentu tidak dapat dilepaskan dari pengertian dari rangkaian itu sendiri, dimana rangkaian adalah interkoneksi dari sekumpulan elemen atau komponen penyusunnya ditambah dengan rangkaian penghubungnya dimana disusun dengan cara-cara tertentu dan minimal memiliki satu lintasan tertutup. Dengan kata lain hanya dengan satu lintasan tertutup saja kita dapat menganalisis suatu rangkaian. Yang dimaksud dengan satu lintasan tertutup adalah satu lintasan saat kita mulai dari titik yang dimaksud akan kembali lagi ke titik tersebut tanpa terputus dan tidak memandang seberapa jauh atau dekat lintasan yang kita tempuh. Rangkaian listrik merupakan dasar dari teori rangkaian pada teknik elektro yang menjadi dasar atay fundamental bagi ilmu-ilmu lainnya seperti elektronika, sistem daya, sistem komputer, putaran mesin, dan teori kontrol (saintek.uin-suka.ac.id).
Membuat rangkaian elektronika tidaklah mudah, diperlukan suatu simulasi terlebih dahulu terhadap rangkaian elektronika yang akan dibuat agar rangkaian yang dibuat nantinya dapat bekerja optimal. Simulasi ini disamping menggambarkan rangkainnya juga memperhitungkan arus, daya, hambatan, tegangan, dsb yang ada dalam rangkaian tersebut, maka dari itu diperlukan suatu program khusus untuk membuat simulasi rangkaian elektronika ini.
Multisim merupakan salah satu software simulasi yang digunakan di lingkungan sistem komputer. Pengenalan ini meliputi cara merangkai, simulasi, pengunaan AC analisis, transient analisis, serta contoh contoh rangkaian (http://lab.binus.ac.id).


Penjelasan:
A. Title Bar, menunjukkan program yang aktif dan nama file yang telah disimpan. Tanda circuit 1 berarti kita belum menyimpan gambar kita.
B. Menu Bar, menunjukkan sejumlah perintah untuk semua fungsi kerja dari sofware multisim. Semakin banyak kita mengetahui fungsi dari setiap sub menu maka semakin efektif kita dalam mengoperasikan sofware multisim.
C. Standard toolbar, menunjukan tombol-tombol yang mewakili fungsi yang ada pada main menu yang sering digunakan.
D. Simulation toolbar, menunjukkan tombol-tombol untuk starting, stopping, dan fungsi simulasi lainnya.
E. Instruments toolbar, menunjukan tombol-tombol untuk setiap instrument seperti: AVO meter, osciloscop, dll.
F. Component toolbar, menunjukan tombol-tombol yang dapat membantu kita dalam memilih komponen-komponen.
G. Circuit window, menunjukan tempat kerja kita dimana rangkaian akan di desain.
H. Design toolbox, menunjukan navigasi tipe file yang berbeda yang telah kita buat. Kita dapat memilih file yang akan kita selesaikan tugasnya.
I. Spreadsheet view, membolehkan kita untuk melihat dan mengedit secara cepat parameter detail yang terdapat pada komponen seperti footprints, attribute dan designnya (multisim.htm).
A. Printed Circuit Board (PCB)
PCB adalah Papan Rangkaian Tercetak atau Printed Circuit Board merupakan suatu papan berlapis tembaga yang digunakan untuk memasang komponen elektronika. Lapisan tembaga berfungsi sebagai penghantar yang menghubungkan komponen satu dengan lainnya. Pembentukan jalur PCB dilakukan dengan cara eatching (pelarutan), dimana sebagian tembaga dilepaskan secara kimia dari suatu papan lapis tembaga kosong (blangko). Tembaga yang tersisa beserta alasnya itulah yang akan membentuk jalur pengawatan PCB. (TIM Penyusun,2008)
B. Diode
Diode adalah devais dua electrode yang berlaku sebagai konduktor satu arah. Diode tipe dasar adalah diode sambungan pn, yang terdiri atas bahan tipe p dan n yang dipisahkan oleh sambungan (junction) (Thomas Sri Widodo,2002). Dioda adalah alat elektronik berterminal dua. Aliran muatan tersebut hanya terjadi bila sebuah rangkaian listrik luar disediakan dan tenaga dibekalkan kepada alat tersebut. Kontrol aliran partikel dirampungkan dengan menggunakan sebuah tenaga luar yang dikesankan melalui dioda tersebut (Fisderald, 1981).
Diode adalah komponen elektronika semikonduktor yang memiliki 1 buah junction, sering disebut sebagai komponen 2 lapis (lapis N dan P) dan secara fisik digambarkan :

Bias diode adalah cara pemberian tegangan luar ke terminal diode. Apabila A diberi tegangan positif dan K diberi tegangan negative maka bias tersebut dikatakan bias maju (forward bias). Pada kondisi bias ini akan terjadi aliran arus dengan ketentuan beda tegangan yang diberikan ke diode atau VA-VK > Vj dan selalu positif. Sebaliknya apabila A diberi tegangan negative dan K diberi tegangan positif, arus yang mengalir (IR) jauh lebih kecil dari pada kondisi bias maju. Bias ini dinamakan bias mundur (reverse bias) pada arus maju (IF) diperlakukan baterai tegangan yang diberikan dengan IF tidak terlalu besar maupun tidak ada peningkatan IR yang cukup significant.
Diode Pertemuan PN
• Suatu pertemuan pn adalah kristal tunggal
semikonduktor yang pada satu sisinya mendapat
penyuntikan atom akseptor dan pada sisi yang lain
mendapat penyuntikan atom donor
• Pertemuan pn merupakan blok bangunan dasar (basic
building block) bagi piranti semikonduktor
• Diode pertemuan pn: pertemuan pn yang pada kedua
sisinya dilekatkan logam (metalurgical bond) sehingga
terdapat dua ujung logam yang merupakan terminal atau
elektrode, yakni anode pada sisi p dan katode pada
sisi n.

C. Transformator
Transformator memberikan cara yang sederhana untuk mengubah tegangan bolak-balik dari satu harga ke harga lainnya. Jika transformator menerima energi pada tegangan rendah dan mengubahnya menjadi tegangan yang lebih tinggi, disebut transformator penaik (step up). Jika transformator diberi energi pada tegangan tertentu dan mengubahnya menjadi tegangan yang lebih rendah, disebut transformator penurun (step down). Setiap transformator dapat dioperasikan baik sebagai transformator penaik maupun penurun, tetapi transformator yang memang dirancang untuk suatu tegangan, harus digunakan untuk tegangan tersebut (Lister,1988).






III. METODOLOGI
A. Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah
1. Laptop
2. Charger
3. Terminal Listrik (Rol Kabel)
4. Software Multisim
B. Cara Kerja
1. Perhatikan arahan teknis pelaksanaan praktikum yang diberikan Asisten.
2. Perhatikan gambar rangkaian elektronika yang akan digambar Praktikan dari Asisten.
3. Mulailah menggambar rangkaian elektronika menggunakan multisim dengan menggunakan petunjuk-petunjuk yang telah diberikan Asisten kepada Praktikan.
4. Save gambar yang telah dibuat di salah satu folder/membuat folder baru.







IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil

A. Pengertian Catu Daya
Catu daya elektronik (atau catu daya yang digunakan dalam elektronik) sering kali berarti sebagai pengubah (altering), pengendalian (controlling), atau pengaturan (regulating) daya listrik. Kata pengatur cukup padat artinya, termasuk penyearah gelombang (rectify), pengubah AC ke DC (invert), menghaluskan (regulasi), atau pengubah tingkat tegangan atau arus, dan beberapa teknik pengaturan juga terliput. Pengaturan penghantaran daya ke beban hanya dapat dilakukan dengan cara menyerap kelebihan daya tadi ke dalam piranti pengatur. Bila kita memperhatikan efisiensi energi, maka untuk mendapatkan hal ini kita perlu penelitian yang lebih mendalam.
Sebaliknya, ada teknik untuk mengatur daya beban tanpa meneimbulkan disipasi daya dalam piranti pengatur. Terlihat pada gambar 1-1. Mungkin masih ada lagi lainnya, tetapi pada dasarnya sama saja. Metoda dasar pengaturan daya listrik ke beban . Banyak cara menggantikan piranti trafo, atau penguat magnetik (magnetic amplifier, biasa disingkat dengan Megamp), dan rheostat, dengan piranti lain seperti transistor, tabung dan thermosistor.

B. Pembahasan
Multisim merupakan salah satu software simulasi yang digunakan di lingkungan sistem komputer. Pengenalan ini meliputi cara merangkai, simulasi, pengunaan AC analisis, transient analisis, serta contoh contoh rangkaian.
Multisim digunakan sebagai simulasi terhadap kegiatan praktikum ini.  Di antara kegunaan software multisim yaitu kita dapat membuat simulasi rangkaian elektronika sesuai dengan keinginan kita. Di dalamnya kita dapat mengukur besarnya arus, hambatan, dan tegangan menggunakan icon-icon yang tersedia di menu software multisim.
Cara kerja software multisim yaitu:
1. Klik icon program multisim pada desktop.
2. Setelah jendela program multisim terbuka, mulailah merangkai komponen-komponen elektronika dengan cara mengeklik dua kali komponen yang dipilih.
3. Komponen-komponen elektronika akan muncul dalam keadaan bebas. Untuk menghubungkannya, klik ujung komponen yang satu kemudian hubungkan dengan ujung komponen yang lainnya kemudian lepaskan dengan mengekliknya dua kali.
4. Setelah komponen-komponen tersebut terakit, ukur nilai-nilai yang akan diukur (V, I, R) dengan menggunakan alat ukur yang sudah tersedia pada multisim dengan cara meletakan alat ukur tersebut diantara dua ujung komponen tersebut.
5. Setelah itu, simpan rangkaian yang sudah dibuat di menu file – save.
Arus Listrik
Arus merupakan perubahan kecepatan muatan terhadap waktu atau muatan yang mengalir dalam satuan waktu dengan simbol i (dari kata Perancis : intensite), dengan kata lain arus adalah muatan yang bergerak. Selama muatan tersebut bergerak maka akan muncul arus tetapi ketika muatan tersebut diam maka arus pun akan hilang. Muatan akan bergerak jika ada energi luar yang memepengaruhinya. Muatan adalah satuan terkecil dari atom atau sub bagian dari atom. Dimana dalam teori atom modern menyatakan atom terdiri dari partikel inti (proton bermuatan + dan neutron bersifat netral) yang dikelilingi oleh muatan elektron (-), normalnya atom bermuatan netral. Muatan terdiri dari dua jenis yaitu muatan positif dan muatan negatif Arah arus searah dengan arah muatan positif (arah arus listrik) atau berlawanan dengan arah aliran elektron. Suatu partikel dapat menjadi muatan positif apabila kehilangan elektron dan menjadi muatan negatif apabila menerima elektron dari partikel lain. Coulomb adalah unit dasar dari International System of Units (SI) yang digunakan untuk mengukur muatan listrik.
Simbol: Q = muatan konstan
q = muatan tergantung satuan waktu
muatan 1 elektron = -1,6021 x 10-19 coulomb
1 coulomb = -6,24 x 1018 elektron
Secara matematis arus didefinisikan : I = dq/dt
Satuannya : Ampere (A)
Dalam teori rangkaian arus merupakan pergerakan muatan positif. Ketika terjadi beda potensial disuatu elemen atau komponen maka akan muncul arus dimana arah arus positif mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah dan arah arus negatif mengalir sebaliknya.
Macam-macam arus :
1. Arus searah (Direct Current/DC)
Arus DC adalah arus yang mempunyai nilai tetap atau konstan terhadap satuan waktu, artinya diaman pun kita meninjau arus tersebut pada waktu berbeda akan mendapatkan nilai yang sama.
2. Arus bolak-balik (Alternating Current/AC)
Arus AC adalah arus yang mempunyai nilai yang berubah terhadap satuan waktu dengan karakteristik akan selalu berulang untuk perioda waktu tertentu (mempunyai perida waktu: T).
Tegangan
Tegangan atau seringkali orang menyebut dengan beda potensial dalam bahasa Inggris voltage adalah kerja yang dilakukan untuk menggerakkan satu muatan (sebesar satu coulomb) pada elemen atau komponen dari satu terminal/kutub ke terminal/kutub lainnya, atau pada kedua terminal/kutub akan mempunyai beda potensial jika kita menggerakkan/memindahkan muatan sebesar satu coulomb dari satu terminal ke terminal lainnya. Keterkaitan antara kerja yang dilakukan sebenarnya adalah energi yang dikeluarkan, sehingga pengertian diatas dapat dipersingkat bahwa tegangan adalah energi per satuan muatan.
Secara matematis : V = dw/dq
Satuannya : Volt (V)
Dua istilah yang seringkali dipakai pada Rangkaian Listrik, yaitu:
1. Tegangan turun/ voltage drop
Jika dipandang dari potensial lebih tinggi ke potensial lebih rendah dalam hal ini
dari terminal A ke terminal B.
2. Tegangan naik/ voltage rise
Jika dipandang dari potensial lebih rendah ke potensial lebih tinggi dalam hal ini
dari terminal B ke terminal A.
Hambatan
Hambatan adalah hasil kali antara tegangan dengan arus, sehingga antara hambatan dengan tegangan dan arus berbanding lurus. Oleh karena itu, jika nilai hambatannya besar maka nilai tegangan dan arusnya juga besar.
Secara matematis hambatan dirumuskan R = V x I; dimana R: hambatan (ohm), V: tegangan (volt), dan I: arus (ampere).

B. rinsip kerja catu daya linear
Perangkat elektronika mestinya dicatu oleh suplai arus searah DC (direct current) yang stabil agar dapat dengan baik. Baterai atau accu adalah sumber catu daya DC yang paling baik. Namun untuk aplikasi yang membutuhkan catu daya lebih besar, sumber dari baterai tidak cukup. Sumber catu daya yang besar adalah sumber bolak-balik AC (alternating current) dari pembangkit tenaga listrik. Untuk itu diperlukan suatu perangkat catu daya yang dapat mengubah arus AC menjadi DC.

C. Penyearah (rectifier)
Prinsip penyearah (rectifier) yang paling sederhana ditunjukkan pada gambar 1-2 berikut ini. Transformator diperlukan untuk menurunkan tegangan AC dari jala-jala listrik pada kumparan primernya menjadi tegangan AC yang lebih kecil pada kumparan sekundernya. 




Gambar 1-2 Rangkaian penyearah sederhana


Pada rangkaian ini, dioda berperan untuk hanya meneruskan tegangan positif ke beban RL. Ini yang disebut dengan penyearah setengah gelombang (half wave). Untuk mendapatkan penyearah gelombang penuh (full wave) diperlukan transformator dengan center tap (CT) seperti pada gambar 1-3.

Gambar 1-3 Rangkaian penyearah gelombang penuh


Tegangan positif phasa yang pertama diteruskan oleh D1 sedangkan phasa yang berikutnya dilewatkan melalui D2 ke beban R1 dengan CT transformator sebagai common ground.. Dengan demikian beban R1 mendapat suplai tegangan gelombang penuh seperti gambar di atas. Untuk beberapa aplikasi seperti misalnya untuk men-catu  motor DC yang kecil atau lampu pijar DC, bentuk tegangan seperti ini sudah cukup memadai. Walaupun terlihat di sini tegangan

ripple dari kedua rangkaian di atas masih sangat besar.


Gambar 1-4 Rangkaian penyearah setengah gelombang dengah filter C


Gambar 1-4 adalah rangkaian penyearah setengah gelombang dengan filter kapasitor C yang paralel terhadap beban R. Ternyata dengan filter ini bentuk gelombang tegangan keluarnya bisa menjadi rata.  Gambar 1-5 menunjukkan bentuk keluaran tegangan DC dari rangkaian penyearah setengah gelombang dengan filter kapasitor. Garis b-c kira-kira adalah garis lurus dengan kemiringan tertentu, dimana pada keadaan ini  arus untuk beban R1 dicatu oleh tegangan kapasitor. Sebenarnya garis b-c bukanlah garis lurus tetapi eksponensial sesuai dengan sifat pengosongan kapasitor.  


Gambar 1-5 Bentuk gelombang dengan filter kapasitor
Kemiringan kurva b-c tergantung dari besar arus I yang mengalir ke beban R. Jika arus I  = 0 (tidak ada beban) maka kurva b-c akan membentuk garis horizontal. Namun jika beban arus semakin besar, kemiringan kurva b-c akan semakin tajam. Tegangan yang keluar akan berbentuk gigi gergaji dengan tegangan ripple yang besarnya adalah :
Vr = VM -VL …....... (1)
 dan tegangan DC ke beban adalah  VDC = VM + Vr/2  ..... (2)
Rangkaian penyearah yang baik adalah rangkaian yang memiliki tegangan ripple paling kecil. VL adalah tegangan discharge atau pengosongan kapasitor C, sehingga dapat ditulis :
VL = VM e -T/RC .......... (3)
Jika persamaan (3) disubsitusi ke rumus (1), maka diperoleh :
Vr = VM (1 - e -T/RC) ...... (4)
Jika T << RC, dapat ditulis :   
e -T/RC » 1 - T/RC   ..... (5)
sehingga jika ini disubsitusi ke rumus (4) dapat diperoleh persamaan yang lebih sederhana :
Vr = VM(T/RC)   .... (6)
VM/R tidak lain adalah beban I, sehingga dengan ini terlihat hubungan antara beban arus I dan nilai kapasitor C terhadap tegangan ripple Vr. Perhitungan ini efektif untuk mendapatkan nilai tengangan ripple yang diinginkan.
Vr = I T/C   ... (7)
Rumus ini mengatakan, jika arus beban I semakin besar, maka tegangan ripple akan semakin besar. Sebaliknya jika kapasitansi C semakin besar, tegangan ripple akan semakin kecil. Untuk penyederhanaan biasanya dianggap T=Tp, yaitu periode satu gelombang sinus dari jala-jala listrik yang frekuensinya 50Hz atau 60Hz. Jika frekuensi jala-jala listrik 50Hz, maka T = Tp = 1/f = 1/50 = 0.02 det. Ini berlaku untuk penyearah setengah gelombang. Untuk penyearah gelombang penuh, tentu saja fekuensi gelombangnya dua kali lipat, sehingga T = 1/2 Tp = 0.01 det. 
Penyearah gelombang penuh dengan filter C dapat dibuat dengan menambahkan kapasitor pada rangkaian gambar 2. Bisa juga dengan menggunakan transformator yang tanpa CT, tetapi dengan merangkai 4 dioda seperti pada gambar 1-6 berikut ini.


D1
D2
D3
D4





Gambar 1-6 Rangkaian penyearah gelombang penuh dengan filter C
Keuntungan dari penggunaan 4 buah diode adalah ukuran transformator lebih kecil. Selain itu, kelebihan dari penggunaan 4 buah diode yang lain adalah hasilnya, menghasilkan tegangan beban DC yang idealnya sama dengan persen rms tegangan sekunder, sedangkan penyearah yang lain hanya menghasilkan tegangan DC 45% saja dan harganya lebih murah. Perbedaan yang lain diperlihatkan dari tabel dibawah ini.
Tabel 1. Penggunaan banyaknya dioda pada transformator.

1/2 Gelombang Gelombang Penuh Jembatan
Banyaknya Dioda 1 2 4
Puncak tegangan keluar V2(puncak) 0,5 V2(puncak) V2(puncak)
Tegangan keluar DC 0,318 Vout(puncak) 0,636 Vout(puncak) 0,636 Vout(puncak)
Arus diode DC IDC 0,5 IDC 0,5 IDC
Puncak tegangan balik V2(puncak) V2(puncak) V2(puncak)
Frekuensi riak fin 2 fin 2 fin
Tegangan keluar DC 0,45 V2(rms) 0,45 V2(rms) 0,9 V2(rms)
sumber: Albert Paul Malvino,1984
Sebagai contoh, anda mendisain rangkaian penyearah gelombang penuh dari catu jala-jala listrik 220V/50Hz untuk mensuplai beban sebesar 0.5 A. Berapa nilai kapasitor yang diperlukan sehingga rangkaian ini memiliki tegangan ripple yang tidak lebih dari 0.75 Vpp. Jika rumus (7) dibolak-balik maka diperoleh.
C = I.T/Vr = (0.5) (0.01)/0.75 = 6600 uF.
Untuk kapasitor yang sebesar ini banyak tersedia tipe elco yang memiliki polaritas dan tegangan kerja maksimum tertentu. Tegangan kerja kapasitor yang digunakan harus lebih besar dari tegangan keluaran catu daya. Anda barangkalai sekarang paham mengapa rangkaian audio yang anda buat mendengung, coba periksa kembali rangkaian penyearah catu daya yang anda buat, apakah tegangan ripple ini cukup mengganggu. Jika dipasaran tidak tersedia kapasitor yang demikian besar, tentu bisa dengan memparalel dua atau tiga buah kapasitor.

D. Transformator
Transformator adalah suatu peralatan tenaga listrik yang berfungsi untuk menyalurkan tenaga/daya listrik dari tegangan tinggi ke tagangan rendah atau sebaliknya (mentransformasikan tegangan). Transformator berfungsi untuk menurunkan atau menaikan tegangan AC.
Macam-macam transformator menurut tabnya:
1. Transformator CT
CT (center tapped) transformator dapat digunakan untuk penyearah gelombang penuh dengan menggunakan dua dioda seperti terlihat pada gambar 1-3. Pada rangkaian ini setiap dioda masing masing melewatkan setengah gelombang saling menyusul pada rangkaian listrik. Pada sisi sekunder transformator terlihat memiliki dua lilitan. Kedua lilitan tersebut salah satu ujungnya tersambung dan diberi tanda seperti pada gambar. Tanda titik hitam menandakan terminal positif dari terminal ini ditentukan gelombang positif pertama kali. Titik pertemuan CT dipakai bersama pada ragakaian

Gambar 1-7 Simbol transformator CT
2. Transformator Non CT (transformator biasa)

Transformator non CT digunakan untuk mendapatkan keluaran gelombang panuh dengan menggunakan empat buah dioda seperti terlihat pada gambar 1-6. Penyearah seperti ini disebut penyearah jembatan. Jika isyarat positif, D1 dan D2 menghantar. Jika isyarat masukan sedang negatif, dioda D3 dan D4 menghantar.
Gambar 1-8 Simbol transformator NON-CT

V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
1. Catu daya elektronik (atau catu daya yang digunakan dalam elektronik) sering kali berarti sebagai pengubah (altering), pengendalian (controlling), atau pengaturan (regulating) daya listrik.
2. Pemasangan 4 buah diode pada catu daya selain karena hasilnya, menghasilkan tegangan beban DC yang idealnya sama dengan persen rms tegangan sekunder, sedangkan penyearah yang lain hanya menghasilkan tegangan DC 45% saja dan juga harganya lebih murah.
3. Transformator CT digunakan untuk penyearah gelombang penuh dengan menggunakan dua dioda, sedangkan Transformator non CT dengan empat dioda. Multisim merupakan program untuk membuat simulasi rangkaian elektronika beserta analisisnya.
4. Prinsip kerja software multisim yaitu menghubungkan antara satu komponen dengan komponen lainnya membentuk satu kesatuan yang utuh kemudian mengukurnya dengan alat ukur yang tersedia guna menganalis rangkaian tersebut.
5. Arus adalah muatan yang bergerak. Tegangan adalah kerja yang dilakukan untuk menggerakkan satu muatan (sebesar satu coulomb) pada elemen atau komponen dari satu terminal/kutub ke terminal/kutub lainnya. Hambatan adalah hasil kali tegangan dengan arus.
B. Saran
1. Sebaiknya praktikan diberikan modul praktikum lebih awal dan semua acara dalam praktikum mata kuliah elektronika, sehingga praktikan lebih siap lagi dalam melakukan praktikum.
2. Alat-alat untuk praktikum agar dilengkapi dan diperbanyak (komputer), agar setiap praktikan memegang komputer masing-masing.
3. Asisten dimohon untuk dapat lebih menguasai materi agar jalannya praktikum lebih cepat dan lancar.
4. Terima kasih praktikan ucapkan kepada asisten dan praktikan mohon maaf apabila ada kelakuan dan sikap praktikan atas kesalahan ketika praktikum. Untuk kesempatan praktikum berikutnya, modul praktikum hendaknya dibuat agar Praktikan lebih mudah dalam memahami materi maupun prosedur praktikum ini.
5. Waktu pelaksanaan praktikum ini hendaknya lebih ditertibkan agar lebih efisien.

DAFTAR PUSTAKA
Anonymous. Konsep Rangkaian Listrik. http://saintek.uin-suka.ac.id. Diakses Juni 2009.
Ahmad, Jayadin. 2007. Elektronika Dasar. www.jayadin.wordpress.com
Fitzgerald, A.E, dkk. 1981. Dasar-Dasar Elektronika Teknik Jilid1 Edisi Kelima. Bandung, ITB
Lister, Eugene C. 1988. Mesin dan Rangkaian Listrik Edisi Keenam. Jakarta, Erlangga. Lie Albert Daniel. 2007. Pengenalan Multisim. http://lab.binus.ac.id. Diakses Juni 2009
Malvino, Albert Paul. 2002. Prinsip-Prinsip Elektronika. Jakarta, Salemba Teknika
Malvino dan Barnawi. 1985. Prinsip-Prinsip Elektronika Jilid 1 edisi ketiga. Jakarta, Erlangga
Millman dan Halkias. 1997. Elektronika Terpadu Rangkaian dan Sistem Analog dan Digital jilid 1. Jakarta, Erlangga
Rpur. 2009. Mengenal Interface Multisim. http://Multisim.htm. Diakses Juni 2009.
Sutrisno.1986.Elektronika Teori dan Penerapannya Jilid 1. Bandung, ITB.
Tim Penyusun. 2008. Modul Praktikum Elektronika. Purwokerto, UNSOED.
Widodo, Sri Thomas. 2002. Elektronika Dasar. Jakarta, Salemba Teknika
Wollard, Barry G. 1988. Elektronika Praktis. Jakarta, Pradnya Paramita
.Rpur. 2009. Mengenal Interface Multisim. http://Multisim.htm. Diakses Juni 2009.

A. JUDUL PROGRAM
Pengembangan Teknologi pengemasan Biogas sebagai Alternatif Energi Pengganti LPG
B. LATAR BELAKANG MASALAH
Beberapa tahun terakhir ini energi merupakan persoalan yang krusial di dunia. Peningkatan permintaan energi yang disebabkan oleh pertumbuhan populasi penduduk dan menipisnya sumber cadangan minyak dunia serta permasalahan emisi dari bahan bakar fosil memberikan tekanan kepada setiap negara untuk segera memproduksi dan menggunakan energi terbaharukan. Selain itu, peningkatan harga minyak dunia hingga mencapai 100 U$ per barel juga menjadi alasan yang serius yang menimpa banyak negara di dunia terutama Indonesia (Pambudi, 2008).
Lonjakan harga minyak dunia akan memberikan dampak yang besar bagi pembangunan bangsa Indonesia. Konsumsi BBM yang mencapai 1,3 juta/barel tidak seimbang dengan produksinya yang nilainya sekitar 1 juta/barel sehingga terdapat defisit yang harus dipenuhi melalui impor. Menurut data ESDM (2006) cadangan minyak Indonesia hanya tersisa sekitar 9 milliar barel. Apabila terus dikonsumsi tanpa ditemukannya cadangan minyak baru, diperkirakan cadangan minyak ini akan habis dalam dua dekade mendatang.
Usaha pemerintah untuk mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar minyak adalah dengan menerbitkan Peraturan Presiden Republik Indonesia nomor 5 tahun 2006 tentang kebijakan energi nasional untuk mengembangkan sumber energi alternatif sebagai pengganti bahan bakar minyak. Kebijakan tersebut menekankan pada sumber daya yang dapat diperbaharui sebagai altenatif pengganti bahan bakar minyak. Pemerintah menargetkan ada 2.000 desa mandiri energi hingga tahun 2010. Mandiri energi berarti 60 persen kebutuhan energinya dipenuhi dari sumber setempat terutama dari energi terbarukan. Kebutuhan bahan bakar bagi penduduk berpendapatan rendah maupun miskin, terutama di pedesaan, sebagian besar dipenuhi oleh minyak tanah yang memang dirasakan terjangkau karena disubsidi oleh pemerintah, namun karena digunakan untuk industri atau usaha lainnya, terkadang terjadi kelangkaan persediaan minyak tanah di pasar. Selain itu mereka yang tinggal di dekat kawasan hutan berusaha mencari kayu bakar, baik dari ranting-ranting kering dan tidak jarang pula menebangi pohon-pohon di hutan yang terlarang untuk ditebangi, sehingga lambat laun mengancam kelestarian alam di sekitar kawasan hutan.
Kebijakan pemerintah yang mulai dijalankan pada awal tahun 2008 adalah melakukan konversi minyak tanah ke gas LPG. Hal ini bertujuan untuk mengurangi beban subsidi pemerintah terhadap minyak tanah. Kementerian Negara Koperasi dan UKM (selanjutnya disebut : KUKM): mengadakan kompor dan asesorisnya (regulator dan selang) serta mendistribusikannya bersama tabung dari Pertamina. Banyaknya infrastruktur yang ada merupakan potensi yang besar untuk mengembangkan isian tabung dari sumber gas yang lain (selain gas alam) yang memilki sifat keberlanjutan yang nyata. Hal ini dilandaskan karena cadangan gas bumi bersifat terbatas dan tidak dapat diperbaharui.
Energi terbarukan yang dapat dihasilkan dengan teknologi tepat guna yang relatif lebih sederhana dan sesuai untuk daerah pedesaan adalah energi biogas dengan memproses limbah bio atau bio massa di dalam alat kedap udara yang disebut digester. Biomassa berupa limbah dapat berupa kotoran ternak bahkan tinja manusia, sisa-sisa panenan seperti jerami, sekam dan daun-daunan sortiran sayur dan sebagainya serta sebagian besar terdiri atas kotoran ternak. Kendala yang ada di lapangan adalah prose distribusi biogas yang belum efekti dan efisien. Masyarakat yang tidak memiliki peternakan umumnya tidak bisa menikmati biogas karena membuthkan instalasi pemasangan pipa yang panjang untuk dapat menjangkau semua areal.


C. PERUMUSAN MASALAH
Usul program ini pada dasarnya adalah untuk mengkaji lebih dalam mengenai proses pengemasan biogas sebagai altrnatif energi pengganti LPG. Permasalahannya adalah bagaimana teknologi proses pengemasan biogas yang efekitif dan efisien sehingga dapat menghasilkan gas dengan kualitas yang optimal dan memilki daya saing pasar yang tinggi.

D. TUJUAN PROGRAM
Tujuan yang ingin dicapai dari pelaksanaan program ini adalah:
1. Mengembangkan teknologi pengemasan biogas sebagai sumber alternatif energi pengganti gas LPG
2. Menemukan teknologi pengemasan biogas ke dalam tabung LPG yang tepat sehingga dihasilkan gas dengan kualitas yang tinggi

E. LUARAN YANG DIHARAPKAN
Luaran yang diharapkan dari PKM ini adalah pengembangan teknologi pengemasan biogas sebagai sumber alternatif energi pengganti gas LPG untuk mencukupi kebutuhan energi konsumsi rumah tangga dan industri yang berkelanjutan (suistanable).

F. KEGUNAAN PROGRAM
Program ini diharapkan akan memberikan kegunaan sebagai berikut :
1. Mengetahui dan mengembangkan teknologi pengemasan biogas sebagai sumber alternatif energi pengganti gas LPG
2. Meningkatkan kepekaan dan kreativitas mahasiswa dalam mengatasi masalah yang berkembang di masyarakat dan mencari solusi yang tepat
3. Mengenalkan teknologi pengemasan biogas sehingga dapat dimanfaatkan oleh masyarakat sebagai pengganti gas LPG

G. TINJAUAN PUSTAKA
1. Mekanisme Pembuatan Biogas
Biogas berasal dari kata bios artinya hidup, sedang gas adalah sesuatu yang keluar dari tungku atau dari perapian atau tabung, yang dihasilkan oleh makhluk hidup melalui proses tertentu (BPTP, 2006). Biogas yang dihasilkan oleh aktifitas anaerobik sangat populer digunakan untuk mengolah limbah biodegradable karena bahan bakar dapat dihasilkan sambil menghancurkan bakteri patogen dan sekaligus mengurangi volume limbah buangan. Metana dalam biogas, bila terbakar akan relatif lebih bersih daripada batu bara, dan menghasilkan energi yang lebih besar dengan emisi karbon dioksida yang lebih sedikit (Wikipedia, 2008).
Pemanfaatan biogas memegang peranan penting dalam manajemen limbah karena metana merupakan gas rumah kaca yang lebih berbahaya dalam pemanasan global bila dibandingkan dengan karbon dioksida. Karbon dalam biogas merupakan karbon yang diambil dari atmosfer oleh fotosintesis tanaman, sehingga bila dilepaskan lagi ke atmosfer tidak akan menambah jumlah karbon diatmosfer bila dibandingkan dengan pembakaran bahan bakar fosil (Wikipedia, 2008).
Gas metana sama dengan gas elpiji (liquidified petroleum gas atau LPG), perbedaannya adalah gas metana mempunyai satu atom C, sedangkan elpiji lebih banyak (Rahman, 2005).
Tabel 1. Kandungan kimia Biogas

1. Metana (CH4) 54%-70%
2. Karbon dioksida(CO2) 27%-35%
3. Nitrogen (N2) 0,5%-2%
4. Karbon monoksida (CO) 0,1%
5. Oksigen (O2) 0,1%
6. Hidrogen Sulfida (H2S) Kecil






Biogas dapat dihasilkan melalui beberap tahap sebagai berikut:
a. Menampung Kotoran Sapi di Bak Penampungan Sementara
Kotoran sapi dari kandang yang bercampur dengan air cucian kandang ditampung di dalam bak penampungan sementara. Bak penampungan sementara ini berfungsi untuk menghomogenkan bahan masukan.
Dalam bak penampungan ini kotoran sapi yang menggumpal dihancurkan dan diaduk dengan perbandingan air dan kotoran sapi 1 :2 pengadukan harus dilakukan secara merata sehingga bentuknya menjadi lumpur kotoran sapi. Bentuk lumpur seperti ini akan mempermudah proses pemasukannya ke dalam digester. Selain itu, kotoran sapi yang berbentuk lumpur juga sangat menguntungkan karena dapat menghindari terbentuknya kerak di dalam digester yang bisa menghambat pembentukan biogas.

b. Mengalirkan Kotoran Sapi ke Digester
Lumpur kotoran sapi dialirkan ke digester melalui lubang pemasukan. Pada pengisian pertama, kran pengeluaran gas yang ada di puncak kubah sebaiknya tidak disambungkan dulu ke pipa. Kran tersebut dibuka agar udara dalam digester terdesak keluar sehingga proses pemasukan lumpur kotoran sapi lebih rendah.

c. Menambahkan Starter
Pada pemasukan pertama diperlukan lumpur kotoran sapi dalam jumlah banyak sampai lubang digester terisi penuh. Untuk membangkitkan proses fermentasi bakteri anaerob pada pengisian pertama ini perlu menambahkan starter (berupa starter komersial yang benyak dijual dipasar) sebanyak 1 liter dan isi rumen agar dari rumah potong hewan (RPH) sebanyak 5 karung untuk kapasitas digester 3,5-5,0 m3.
Setelah digester penuh, kran pengatur gas yang ada di puncak kubah ditutup dan biarkan digester memulai proses fermentasi. Lubang pemasukan sementara ditutup agar tidak ada penambahan lumpur kotoran sapi.

d. Membuang Gas yang Pertama Dihasilkan
Dari awal hingga hari ke-8, kran yang di aras kubah dibuka dan gasnya dibuang. Pembuangan gas ini disebabkan gas awal yang terbentuk didominasi CO2. pada hari ke-10 hingga hari ke-14 pembentukan gas CH4 semakin meningkat dan CO2 menurun. Pada saat komposisi CH4 54% dan CO2 27% maka biogas akan menyala. Selanjutnya, biogas dapat dimanfaatkan untuk menyalakan kompor gas di dapur.

e. Memanfaatkan Biogas yang Sudah Jadi
Pada hari ke-14, gas sudah mulai terbentuk dan bisa digunakan untuk menghidupkan nyala api pada kompor. Mulai hari ke-14 kita sudah biasa menghasilakan energi biogas yang selalu terbarukan. Biogas ini tidak berbau seperti bau kotoran sapi.
Selanjutnya, digester terus diisi lumpur kotoran sapi secara kontinu sehingga dihasilkan biogas yang optimal. Selain menghasilkan biogas, proses pembuatan biogas juga menghasilkan sisa buangan lumpur yang dapat digunakan sebagai pupuk organik. Sisa buangan lumpur ini dapat dipisahkan menjadi bagian padatan dan cairan yang selanjutnya dapat dijadikan pupuk organik padat dan pupuk organik cair.

Banyak faktor yang mempengaruhi keberhasilan produksi biogas. Faktor pendukung untuk mempercepat proses fermentasi adalah kondisi lingkungan yang optimal bagi pertumbuhan bakteri perombak. Beberapa faktor yang memang mempengaruhi produksi biogas adalah kondisi anaerob atau kedap udara, bahan baku isian, imbangan C/N, derajat keasaman (pH), temperatur dan starter (Simamora dkk., 2006).
Produksi gas metana tergantung pada C/N rasio dari input (kotorana ternak), hydraulic residence time, pH,suhu dan toxicity. Hasil pengukuran suhu bahan di dalam reaktor berkisar 25-27oC dan pH berkisar antara 7-7,8 berdasarkan teori, kondisi ini baik bagi aktivitas mikroorganisme penghasil gas metana (Widodo dkk, 2006).
2. Pemurnian Gas Metana
Energi yang terkandung dalam biogas tergantung dari konsentrasi metana (CH4). Semakin tinggi kandungan metana maka semakin besar kandungan energi (nilai kalor) pada biogas, dan sebaliknya semakin kecil kandungan metana semakin kecil nilai kalor. Kualitas biogas dapat ditingkatkan dengan memperlakukan beberapa parameter yaitu : Menghilangkan hidrogen sulphur, kandungan air dan karbon dioksida (CO2). Hidrogen sulphur mengandung racun dan zat yang menyebabkan korosi, bila biogas mengandung senyawa ini maka akan menyebabkan gas yang berbahaya sehingga konsentrasi yang di ijinkan maksimal 5 ppm. Bila gas dibakar maka hidrogen sulphur akan lebih berbahaya karena akan membentuk senyawa baru bersama-sama oksigen, yaitu sulphur dioksida /sulphur trioksida (SO2 / SO3). senyawa ini lebih beracun. Pada saat yang sama akan membentuk Sulphur acid (H2SO3) suatu senyawa yang lebih korosif. Parameter yang kedua adalah menghilangkan kandungan karbon dioksida yang memiliki tujuan untuk meningkatkan kualitas, sehingga gas dapat digunakan untuk bahan bakar kendaraan. Kandungan air dalam biogas akan menurunkan titik penyalaan biogas serta dapat menimbukan korosif (Pambudi, 2008).
Salah satu metode untuk memurnikan gas adalah dengan menggunakan membran. Kegiatan pemisahan ini bekerja menurut asas bahwa laju permeasi (perembesan) gas melalui membran berbeda-beda sesuai dengan jenis gasnya. Sebagai bahan membran digunakan polisulfon, polistirena, teflon, dan berbagai jenis karet. Proses pemisahan jenis ini mempunyai banyak keunggulan dibandingkan dengan proses pemisahan jenis lain, antara lain kondisi operasinya sedang, konsumsi energi lebih rendah, biaya investasi rendah, dan dapat beroperasi secara ekonomis (Austin, G.T. 1996).

3. Pencairan Gas
Istilah LPG dan LNG adalah pengistilahan umum untuk gas yang dicairkan baik oleh manusia atau karena keadaan alam. Jika LPG adalah gas cair dengan komponen utama adalah propana, maka LNG adalah gas cair dengan komponen utama metana. Metana dan propana adalah senyawa hidrokarbon rantai lurus yang tersusun untuk masing-masing satu unsur karbon dan tiga unsur karbon. Hidrokarbon adalah istilah umum untuk menyebut jenis senyawa tertentu yang terdiri atas unsur C (karbon) dan unsur H (unsur hidrogen) yang terutama terbentuk sebagai hasil siklus hidup dari fosil-fosil mahluk hidup purba (Crootth, 2007).
Perubahan wujud dari padat menjadi cair bisa dilakukan (secara umum) dengan dua hal. Pertama dengan mendinginkan gas melampaui di bawah titik didihnya. LPG (umumnya) titik didihnya pada tekanan atmosfer adalah 42oC, sedangkan LNG titik didihnya sekitar 162oC. Untuk mendinginkan ini diperlukan energi, yang biasanya diwujudkan oleh alat yang bernama refrigerator (kulkas di rumah adalah contoh refrigerator). Perubahan wujud juga dapat dilakukan dengan meningkatkan tekanan gas metana (menjadi LNG) dan gas propana (menjadi LPG). Pada temperatur kamar (25oC) metana akan mulai mencair pada 6.64 bar atau 92.78 psia, sementara propana mulai mencair pada 6.31 bar (Crootth, 2007).
4. Penabungan Gas Metana

Elpiji akan berbentuk gas dalam kondisi atmosfer. Volume elpiji dalam bentuk cair lebih kecil dibandingkan dalam bentuk gas untuk berat yang sama. Karena itu elpiji dipasarkan dalam bentuk cair dalam tabung-tabung logam bertekanan. Untuk memungkinkan terjadinya ekspansi panas (thermal expansion) dari cairan yang dikandungnya, tabung elpiji tidak diisi secara penuh, hanya sekitar 80-85% dari kapasitasnya. Rasio antara volume gas bila menguap dengan gas dalam keadaan cair bervariasi tergantung komposisi, tekanan dan temperatur, tetapi biasaya sekitar 250:1.
Melalui proses ini gas metana yang berubah menjadi bentuk cair sehingga volumenya berubah menjadi 1/600 dari jumlah keseluruhan gas metana di dalam bentuk gas. Oleh karena itu gas metana dapat dimasukkan ke dalam tabung gas sesuai dengan kapasitas tabung (Wikipedia, 2008). Metana yang telah berbentuk cair selanjutnya dapat memasuki proses penabungan. Dengan menggunakan kompressor yang dilengkapi regulator, metana cair di alirkan ke dalam tabung LPG. Setelah tabung gas terisi maka tahap selanjutnya adalah pemasangan segel pengaman pada tabung gas agar gas yang sudah terisi tetap aman tersimpan.
Setiap tabung ELPIJI mampu menahan tekanan sampai sebesar 80-130 Kg/cm2. Hal ini perlu demi keamanan pemakai bahan bakar gas ELPIJI. Tekanan uap ELPIJI sebesar 4 - 9 Kg/cm2. Jadi tabung ELPIJI mempunyai kekuatan 9 kali lipat lebih besar dari tekanan uap ELPIJI sendiri. Ini artinya faktor keamanan terjamin sampai enam kali lipat.

H. METODE PELAKSANAAN PROGRAM
1. Persiapan Program
Persiapan pelaksanaan program meliputi observasi lapangan. Observasi lapangan dimaksudkan untuk mengetahui sejauh mana penggunaan biogas sebagai alternatif energi pengganti LPG dalam konsumsi rumah tangga.
2. Tahap Penelitian
Penelitian ini dilakukan melalui simulasi di Experimental Farm Fakultas Peternakan Universitas Jenderal Soedirman yang meliputi mekanisme pembuatan biogas, pemurnian metana, pencairan metana dan penabungan metana.
a) Mekanisme Pembuatan Biogas









Persiapan alat



Gas metana
Pengisian digester dengan limbah organik

Proses fermentasi secara anaerobik







b) Pemurnian Gas Metana
Metode untuk memurnikan gas adalah dengan menggunakan membran yaitu: polisulfon, polistirena, teflon, dan berbagai jenis karet. Proses pemurnian bekerja menurut asas bahwa laju permeasi (perembesan) gas melalui membran berbeda-beda sesuai dengan jenis gasnya.
c) Pencairan gas
Pencairan dilakukan dengan mendinginkan gas melampaui di bawah titik didihnya. LPG titik didihnya pada tekanan atmosfer adalah 42oC, sedangkan LNG titik didihnya 162oC. Untuk mendinginkan gas diperlukan energi, menggunakan refrigerator. Perubahan wujud juga dapat dilakukan dengan meningkatkan tekanan gas metana (menjadi LNG) dan gas propana (menjadi LPG). Pada temperatur kamar (25oC) metana akan mulai mencair pada 6.64 bar atau 92.78 psia, sementara propana mulai mencair pada 6.31 bar.
d) Penabungan gas metana
Penabungan gas menggunakan regulator yaitu alat pengatur tekanan gas yang keluar dari botol/tabung, pada keadaan terpasang, gas dengan tekanan tinggi dalam botol sudah berhubungan dengan regulator. Gas metana akan keluar apabila katup dibuka.
3. Uji kelayakan dari Sistem penabungan gas




I. I. JADWAL KEGIATA PROGRAM

Tahap Nama Kegiatan Bulan
I II III IV V VI VII
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
Persiapan Survey peluang pasar X X
Penyusunan proposal X X X X
Pelaksanaan Pencarian tempat X X X X
Pembelian peralatan X
Penyebaran publikasi X X X X
Pelayanan jasa X X X X X X X X X X X X X X X X
Laporan Evaluasi & monitoring X X X X X X
Laporan kemajuan X X X X
Laporan akhir X X X X

J. NAMA DAN BIODATA KETUA SERTA ANGGOTA KELOMPOK
1. Ketua Pelaksana Kegiatan
a. Nama Lengkap : Fera Indria J
b. NIM : A1H005041
c. Fakultas/Program Studi : Pertanian/Teknik Pertanian
d. Perguruan Tinggi : Universitas Jenderal Soedirman
e. Waktu untuk kegiatan PKM : 6 jam/minggu
2. Anggota 1
a. Nama Lengkap : Rostika
b. NIM : A1H006002
c. Fakultas/Program Studi : Pertanian/Teknik Pertanian
d. Perguruan Tinggi : Universitas Jenderal Soedirman
e. Waktu untuk kegiatan PKM : 6 jam/minggu
3. Anggota 2
a. Nama Lengkap : Mei Ernawati
b. NIM : A1H005064
c. Fakultas/Program Studi : Pertanian/Teknik Pertanian
d. Perguruan Tinggi : Universitas Jenderal Soedirman
e. Waktu untuk kegiatan PKM : 6 jam/minggu
4. Anggota 3
a. Nama Lengkap : Febriana Sari Putri
b. NIM : A1H006014
c. Fakultas/Program Studi : Pertanian/Teknik Pertanian
d. Perguruan Tinggi : Universitas Jenderal Soedirman
e. Waktu untuk kegiatan PKM : 6 jam/minggu






L. BIAYA

No. Spesifikasi Satuan Harga Satuan (Rp) Jumlah Harga (Rp)
1. Pembuatan proposal
Pengumpulan Data 10 jam 3.000 30.000
Pengetikan 15 jam 1.000 15.000
Tinta warna 1 pack 25.000 25.000
Tinta hitam 1 pack 20.000 20.000
Penggandaan proposal 6 buah 5.000 30.000
Sub total 120.000
2. Alat dan Bahan
Plat Aluminium 2 mm 2 lembar 150.000 300.000
As Pipi Besi ½ cm 1 buah 50.000 50.000
Gear Sepeda Besar 1 buah 40.000 40.000
Gear Sepeda Kecil 1 buah 20.000 20.000
Pelek Sepeda 2 buah 100.000 200.000
Rantai 1 unit 75.000 75.000
Dudukan Dinamo 1 buah 100.000 100.000
Dudukan Kincir air 1 buah 100.000 100.000
Rumah kincir dan Dinamo 1 unit 150.000 150.000
Cat Besi 2 kg 50.000 100.000
Dinamo Sepeda 2 unit 50.000 100.000
Komponen Regulator 1 unit 50.000 50.000
Komponen imverter + box 1 unit 800.000 800.000
Kabel Instalasi 20 meter 5.000 100.000
Stop Kontak 3 buah 20.000 60.000
Pompa Air 1 buah 250.000 250.000
Lampu Penerangan 3 buah 20.000 60.000
Fitting Lampu 3 buah 15.000 45.000
Saklar Lampu 3 buah 10.000 30.000
Sub total 2.630.000
3. Pengujian dan Analisa
Bengkel Las dan Bubut 50 jam 30.000 1.500.000
Aki 12 Volt 1 buah 200.000 200.000
Sewa Tachometer 100 jam 1.500 150.000
Sewa Multimeter 100 jam 1.000 100.000
Sewa Amperemeter 100 jam 1.000 100.000
Sub total 2.050.000
4. Transportasi
Observasi lapang 10 jam 5.000 50.000
Biaya angkut alat 1 kali 200.000 200.000
Sub total 250.000
5. Dokumentasi
Cetak foto 50 buah 1.000 50.000
Sub total 50.000
6. Pembuatan laporan
Pengetikan 15 jam 1.000 15.000
Tinta warna 1 pack 25.000 25.000
Tinta hitam 1 pack 20.000 20.000
Penggandaan laporan 6 jilid 5.000 30.000
Sub total 90.000
7. Akomodasi
Akomodasi Anggota 5 orang 50.000 250.000
Akomodasi Pendamping 1 orang 80.000 80.000
Sub total 320.000
Total 5.510.000

Optimasi Gerakan Mesin Bor Otomatis dengan Menggunakan
Algoritma Genetika

Abstrak
Makalah ini akan menjelaskan tentang mesin bor otomatis menggunakan kamera sebagai
sensor untuk mendeteksi koordinat pad dan via dalam sebuah PCB secara otomatis. Beberapa
teknologi pemrosesan image digunakan untuk mendeteksi koordinat pad dan via, antara lain
threshold, grayscale, fillrect. Algoritma genetika diterapkan utnuk mengoptimasi gerakan dari
mesin bor sehingga mesin bor dapat melakukan proses pengeboran dengan efektif. Algoritma
genetika akan mencari rute yang optimal yang terdiri atas urutan pengeboran pad dan via.
Operator genetika yang digunakan dalam system ini adalah seleksi, crossover dan inversi.
Hasil pengujian menunjukkan bahwa sistem dapat berjalan dengan baik dan dapat
mendeteksi semua pad dan via dalam PCB. Dengan algoritma genetika, sistem dapat mereduksi
waktu pengeboran sampai 50%.
Kata kunci: mesin bor otomatis, algoritma genetika, pemrosesan image, optimasi, PCB.
Abstract
This paper will describe about automatic drilling machine using camera as the sensor in order
to detect the coordinates of pad and via automatically. Several image processing technologies were
used for detecting the coordinates of pad and via. They are threshold, grayscale, fillrect. Genetic
algorithm was used to optimize movement of the drilling machine, so that, the machine can do the
drilling process effectively. Genetic algorithm will find the optimal route which consists of the
drilling sequence of pad and via. Genetic operators used in this system are selection, crossover and
inversion.
Experiments were done. Experiment result showed that the system could run well and detect all
holes in PCB. The system achieved a time reduction rate up to 50 %.
Keywords: mesin bor otomatis, algoritma genetika, pemrosesan image, optimasi, PCB.
1. Pendahuluan
Penggunaan Printed Circuit Board (PCB)
merupakan hal yang penting jika ingin membangun
suatu rangkaian elektronika yang baik.
Pada PCB terdapat pad dan via dimana
keduanya harus dibor agar komponen elektronika
dapat dipasang pada PCB. Untuk
rangkaian yang kompleks, jumlah pad dan via
sangat banyak dan ini dapat menimbulkan
kesalahan pada saat proses pengeboran.
Makalah ini akan membahas tentang otomatisasi
mesin bor dengan menggunakan kamera
Catatan : Diskusi untuk makalah ini diterima sebelum tanggal 1
Februari 2004. Diskusi yang layak muat akan diterbitkan pada
Jurnal Teknik Mesin Volume 6 Nomor 1 April 2004.
untuk mendeteksi koordinat pengeboran secara
otomatis. Kamera berfungsi menangkap gambar
print out dari PCB kemudian dengan metode
pemrosesan image dapat diketahui dan diambil
koordinat pengeborannya. Metode pemrosesan
image yang digunakan untuk pendeteksian
koordinat antara lain threshold, gray scale dan
floofill. Hasil pengambilan koordinat dalam
satuan pixel akan dikonversikan ke satuan
milimiter agar dapat dilakukan pengeboran.
Namun mesin bor otomatis yang telah dibuat
itu memiliki kelemahan di mana gerakan mesin
bor tersebut masih kurang efektif. Oleh karena
digunakan algoritma genetika untuk mengefektifkan
gerakan mesin bor.
Selanjutnya makalah ini akan diorganisasi
sebagai berikut: bagian kedua akan dijelaskan
Optimasi Gerakan Mesin Bor Otomatis dengan Menggunakan Algoritma Genetika (Thiang, et al.)
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Kristen Petra
http://puslit.petra.ac.id/journals/mechanical/
57
secara singkat mesin bor otomatis yang ada.
Berikutnya pada bagian ketiga akan dijelaskan
tentang proses pendeteksian koordinat bor.
Pada bagian keempat akan dijelaskan tentang
penerapan algoritma genetika, diikuti dengan
pengujian sistem pada pagian kelima. Terakhir
akan disimpulkan hal-hal yang berkaitan
dengan proyek penelitian ini.
2. Mesin Bor Otomatis
Pada bagian ini akan dijelaskan secara
umum mengenai mesin bor otomatis yang telah
dibuat. Gambar 1 menunjukkan model mekanik
mesin bor yang telah didisain. Komponen mesin
bor otomatis seperti yang terlihat pada gambar
terdiri atas 2 buah motor stepper untuk lengan
X dan Y, sebuah motor DC untuk lengan Z, dan
sebuah motor DC sebagai bor PCB. Pergerakan
mesin bor otomatis ini pada setiap sumbunya
dirancang mempergunakan ulir. Penggunaan
ulir ini bertujuan agar pergeseran lengan akan
lebih teliti. Jarak antar ulir yang digunakan
sebesar 1,588 mm, maka untuk putaran motor
stepper sebesar 3600 (1 putaran) akan didapatkan
pergeseran lengan sebesar 1,588 mm.
Motor stepper baik untuk lengan X maupun
Y memiliki 200 langkah dalam satu putaran
(3600). Sehingga untuk satu langkah didapatkan
sudut sebesar 1,80. Seperti yang diketahui
bahwa jarak antar ulir adalah 1,588 mm untuk
1 putaran dan dalam 1 putaran ada 200
langkah. Jadi jarak pergeseran untuk 1 langkah
(1,80) adalah sebesar 0.00794 mm.
Gambar 1. Model Mekanik Mesin Bor
Semua proses pendeteksian koordinat bor
dan proses kontrol mesin bor yang telah
didisain dilakukan oleh sebuah komputer yang
dilengkapi dengan sebuah kamera. Gambar 2
menunjukkan blok diagram perangkat keras
dari mesin bor yang telah didisain.
Gambar 2. Blok Diagram Perangkat Keras Mesin Bor
3. Proses Pendeteksian Koordinat
Pengeboran
Pendeteksian koordinat bor pad dan via
dilakukan dengan memproses image yang
diperoleh dari kamera. Ukuran image yang
digunakan adalah 320 x 240 pixel. Beberapa
batasan gambar print out PCB yang perlu
diperhatikan agar dapat diproses untuk pendeteksian
koordinat bor adalah sebagai berikut:
· Print out PCB berwarna hitam putih dengan
ukuran maksimum 9 x 10 cm.
· Layout PCB dikelilingi oleh frame berbentuk
kotak dan berwarna hitam.
· Pada layout pad dan via terdapat lubang
titik pengeboran.
Gambar 3 menunjukkan blok diagram sistem
pendeteksian koordinat pengeboran. Secara
umum, proses pendeteksian koordinat bor
terdiri atas empat tahap yaitu pemrosesan awal
image, proses pengisian image, proses perbakan
image dan perhitungan koordinat bor.
Gambar 3. Blok Diagram Sistem Pendeteksian Koordinat
Pengeboran
Tahap pemrosesan awal image terdiri atas
dua proses yaitu pengubahan format image dari
RGB menjadi grayscale dan proses threshold.
Pengubahan format image dari RGB menjadi
grayscale dilakukan dengan menggunakan
metode gray illuminance. Metode ini direpresentasikan
dengan menggunakan persamaan
berikut:
B G R Gray 114 , 0 587 , 0 299 , 0 + + = (1)
Proses threshold dilakukan dengan menggunakan
persamaan berikut:
JURNAL TEKNIK MESIN Vol. 5, No. 2, Oktober 2003: 56 – 63
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Kristen Petra
http://puslit.petra.ac.id/journals/mechanical/
58
î í ì
³
=
lain yang untuk
T y x f jika
y x g
0
) , ( 255
) , ( (2)
dimana T adalah nilai threshold. Hasil dari
proses ini adalah image dua warna yaitu warna
hitam dan putih.
Setelah tahap pemrosesan awal image,
dilakukan proses pengisian image. Dalam
proses pengisian image ini, semua warna putih
kecuali lubang bor yang ada pada pad dan via
akan diisi dengan warna hitam. Hasil dari
proses ini adalah seluruh image akan berwarna
hitam kecuali lubang-lubang bor pada pad dan
via.
Pada tahap berikut, akan dilakukan sekali
lagi proses threshold dengan tujuan membalik
warna hitam menjadi putih dan putih menjadi
hitam. Sehingga dalam image, seolah-olah
hanya ada titik-titik berwarna hitam yang
merupakan titik-titik dimana PCB harus dibor.
Tahap terakhir adalah menghitung koordinat
dari titik-titik pengeboran. Hal ini
dilakukan dengan mencari batas atas ( MAX Y ),
batas bawah ( MIN Y ), batas kiri ( MIN X ) dan batas
kanan ( MAX X ) dari pad atau via yang akan
dibor. Perhitungan koordinat bor dilakukan
dengan menggunakan persamaan berikut:
2
MAX MIN X X
X
+ = (3)
2
MAX MIN Y Y
Y
+
= (4)
4. Implementasi Algoritma Genetika
Untuk mengefisienkan gerakan pengeboran
dari mesin bor, pada sistem yang telah ddisain,
diterapkan algoritma genetika. Tujuan
algoritma genetika adalah mencari rute urutan
pengeboran yang paling optimum. Kriteria rute
optimum disini adalah rute dedngan jarak
tempuh paling pendek. Tentunya dalam rute
ersebut, setiap pad atau via dari PCB yang
akan dibor hanya boleh dilewati satu kali saja.
Skema algoritma genetika dapat dilihat pada
Gambar 4. Secara garis besar proses algoritma
genetika dimulai dengan inisialisasi populasi
yang merupakan inisialisasi sekumpulan
alternatif pemecahan yang didapat secara acak.
Kemudian dari populasi awal ini akan dibentuk
populasi generasi baru dengan menggunakan
operator algoritma genetika. Demikian seterusnya
proses pembentukan generasi baru
dilakukan berulang-ulang hingga kriteria
berhenti telah dicapai. Operator algoritma
genetika yang digunakan dalam sistem ini
adalah seleksi, kawin silang dan inversion.
Gambar 4. Skema Algoritma Genetika
1. Fungsi Fitness dan Representasi Kromosom
Karena dalam sistem ini yang ingin dicari
adalah rute terpendek, maka fungsi fitness yang
digunakan adalah sebagai berikut:
å=
=
j
i
i X x f
1
) ( (5)
dimana f(x) adalah fungsi fitness, j adalah
jumlah pad dan via yang akan dibor dan X
adalah jarak antar pad atau via yang akan
dibor. Jarak antar pad atau via dapat dihitung
dengan menggunakan persamaan berikut:
( ) ( )2
2 1
2
2 1 Y Y X X X - + - = (6)
Representasi kromosom yang digunakan
dalam sistem algoritma genetika adalah
kromosom berbentuk integer. Kromosomkromosom
berisikan urutan nomor-nomor pad
atau via yang akan dibor. Ada beberapa syarat
yang harus dipenuhi oleh sebuah kromosom
yaitu:
· Nomor pad atau via dari PCB tidak boleh
berulang, karena mesin bor otomatis hanya
boleh mengebor dan melewati pad atau via
tersebut satu kali saja.
· Nomor pad atau via tidak boleh lebih besar
dari jumlah keseluruhan pad dan via PCB
yang dibor.
· Nomor pad atau via juga tidak boleh nol,
karena penomoran pad atau via dimulai dari
satu.
Optimasi Gerakan Mesin Bor Otomatis dengan Menggunakan Algoritma Genetika (Thiang, et al.)
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Kristen Petra
http://puslit.petra.ac.id/journals/mechanical/
59
Panjang kromosom sangat bergantung pada
jumlah pad dan via yang akan dibor. Bila ada
20 pad dan via yang harus dibor, maka
kromosom akan mempunyai 20 gen. Gambar 5
menunjukkan contoh representasi kromosom
yang menunjukkan urutan pengeboran dari pad
atau via 1, 5, 2, 6, 4, 3.
Gambar 5. Contoh Kromosom
2. Seleksi
Ada dua jenis operator seleksi yang
digunakan yaitu seleksi roullete wheel dan
seleksi tournament. Seleksi roullete wheel
bekerja berdasarkan nilai fitness yang dimiliki
oleh kromosom-kromosom. Semakin besar nilai
fitness yang dimiliki oleh sebuah kromosom
maka semakin besar peluang kromosom
tersebut untuk terpilih. Sedangkan seleksi
tournament bekerja dengan memilih sepasang
kromosom secara acak dan dar sepasang
kromosom tersebut, kromosom dengan nilai
fitness terbesar yang akan terpilih.
Karena dalam aplikasi ini, algoritma
genetika digunakan untuk mencari rute terpendek
dan hal ini tidak sesuai dengan prinsip
dasar seleksi roullete wheel dan tournament,
maka nilai fitness dari kromosom akan diubah
dulu dengan menggunakan persamaan berikut:
) ( ) ( ) ( ) ( ' i MIN MAX x f x f x f x f - + = (7)
Dengan menggunakan persamaan diatas,
maka kromosom semula yang memiliki fitness
terbesar akan menjadi kromosom dengan nilai
fitness terkecil sehingga peluangnya menjadi
kecil untuk terpilih. Nilai fitness baru ini hanya
digunakan dalam proses seleksi.
3. Kawin Silang
Metode kawin silang yang digunakan adalah
Partially Matched Crossover (PMX). Pemilihan
metode ini dikarenakan oleh representasi
kromosom yang berbentuk integer. Proses
kawin silang ini dimulai dengan memilih dua
kromosom yang akan dikawin silang kemudian
dilanjutkan dengan menentuan dua titik potong
secara acak sesuai dengan panjang kromosom.
Setelah ditentukan kedua titik potong tersebut
maka proses PMX melakukan penukaran posisi
gen kromosom yang berada diantara kedua titik
potong tersebut. Proses PMX akan menghasilkan
dua buah kromosom baru. Berikut adalah
contoh proses kawin silang PMX antara
kromosom A dan kromosom B:
4. Inversion
Proses inversion dilakukan setelah proses
kawin silang. Pemilihan metode ini dikarenakan
oleh representasi kromosom yang berbentuk
integer. Proses inversion dimulai dengan
menentukan kromosom yang akan diproses
kemudian dilanjutkan dengan menentukan dua
titik potong secara acak. Proses inversion
dilakukan dengan menukar posisi gen dalam
kromosom tersebut. Berikut adalah contoh
proses inversion untuk kromosom A.
5. Evaluasi Pembentukan Generasi Baru
dan Kriteria Berhenti
Dalam system ini, strategi yang digunakan
untuk membentuk suatu generasi baru adalah
Steady-State-No-Duplicate. Jadi semua kromosom
pada generasi lama ditambah dengan
offspring hasil kawin silang dan inversion
diseleksi untuk membentuk suatu generasi
baru. Pemilihan dilakukan dengan memilih
kromosom-kromosom yang memiliki nilai
fitness terbaik dan dengan syarat tidak boleh
ada kromosom yang kembar dalam generasi
baru yang terbentuk.
Kriteria berhenti yang digunakan pada
sistem algoritma genetika adalah dilakukan
pengecekan sebanyak n generasi ke depan,
apakah ada kromosom yang lebih baik dari
kromosom terbaik saat ini. Semakin banyak
generasi yang diperiksa maka akan semakin
banyak waktu yang dibutuhkan untuk proses
algoritma genetika.
5. Pengujian
Pada bagian ini akan dibahas pengujian
pada proses algoritma genetika dan sistem
secara keseluruhan. Pengujian dilakukan
dengan menggunakan 3 buah PCB yang
memiliki jumlah hole yang berbeda-beda. PCB
pertama memiliki jumlah pad dan via 16 buah
yang terdiri dari header 5 x 2, dan conector 6
pin. PCB kedua memiliki jumlah hole 21 buah
yang terdiri dari sebuah DB-9, resistor, dan IC 4
JURNAL TEKNIK MESIN Vol. 5, No. 2, Oktober 2003: 56 – 63
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Kristen Petra
http://puslit.petra.ac.id/journals/mechanical/
60
pin. Dan PCB ketiga memiliki jumlah hole 34
buah yang terdiri dari IC 20 pin, resistor dan
transistor.
Ada beberapa pengujian yang akan dilakukan,
yaitu pengujian dengan variasi nilai
crossover rate dan inversion rate, pengujian
dengan variasi population size, pengujian
terhadap kriteria penghentian generasi, pengujian
variasi metode seleksi, pengujian terhadap
gerakan mesin bor otomatis.
1. Pengujian inversion rate dan crossover
rate
Pengujian ini dilakukan untuk menentukan
nilai crossover rate dan inversion rate yang
terbaik. Dalam hal ini, nilai inversion rate dan
crossover rate yang bagus akan menghasilkan
suatu solusi dalam waktu yang relatif cepat
dengan tingkat keberhasilan yang tinggi.
Kemudian nilai inversion rate dan crossover
rate yang didapat melalui pengujian ini akan
terus digunakan dalam melakukan pengujian
selanjutnya. Berikut adalah grafik hasil
pengujian variasi nilai inversion rate terhadap
waktu proses.
Grafik Inversion Rate Terhadap Waktu
Dengan Crossover Rate = 1
20
22
24
26
28
30
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Inversion Rate
Time (s)
Gambar 6. Grafik Pengujian dengan Variasi Inversion
Rate
Dari hasil pengujian terlihat bahwa nilai
inversion rate antara 0.1 – 0.4 memiliki waktu
proses lebih cepat dibandingkan dengan nilai
inversion rate lainnya. Sedangkan untuk
tingkat keberhasilan dalam penemuan solusi
masalah, semua nilai inversion rate (antara 0.1
sampai 1) menghasilkan tingkat keberhasilan
100%. Gambar 7 menunjukkan grafik pengujian
dengan variasi nilai crossover rate.
Grafik Crossover Rate Terhadap Success
Rate
50
60
70
80
90
100
110
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Crossover Rate
Success (%)
Pi = 0.1 Pi = 0.2 Pi = 0.3
Grafik Crossover Rate Terhadap Waktu
10
12
14
16
18
20
22
24
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Crossover Rate
Time (s)
Pi = 0.1 Pi = 0.2 Pi = 0.3
Gambar 7. Hasil Pengujian dengan Variasi Nilai Crossover
Rate
Dari hasil pengujian terlihat bahwa untuk
nilai crossover rate di bawah 0.5, tingkat
keberhasilannya lebih rendah dibandingkan
dengan nilai crossover rate di atas 0.5. Dari
grafik pengujian juga terlihat bahwa untuk
variasi nilai crossover rate deengan nilai
inversion rate 0.1 ternyata mencapat tingkat
keberhasilan yang lebih rendah dibandingkan
dengan nilai inversion rate 0.2 dan 0.3. Namun
terlihat juga bahwa semakin tinggi nilai
crossover rate maka waktu rata-rata prosesnya
akan lebih lama. Sehingga dapat disimpulkan
bahwa nilai crossover rate terbaik berkisar
antara 0.5 – 0.7, dengan waktu rata-rata
prosesnya tidak jauh berbeda dan tingkat
keberhasilannya juga tinggi.
2. Pengujian dengan Variasi Population
Size
Pengujian ini dilakukan untuk melihat
pengaruh jumlah kromosom dalam suatu
populasi (population size) terhadap proses
algoritma genetika. Dalam proses pengujian ini
nilai crossover rate yang digunakan adalah 0.6
dan nilai inversion rate yang digunakan adalah
0.2 Gambar berikut adalah grafik pengujian
dengan variasi population size.
Optimasi Gerakan Mesin Bor Otomatis dengan Menggunakan Algoritma Genetika (Thiang, et al.)
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Kristen Petra
http://puslit.petra.ac.id/journals/mechanical/
61
Grafik Pengujian Population Size Terhadap
Success Rate
0
20
40
60
80
100
120
16 Hole 21 Hole 34 Hole
Jumlah Hole
Success Rate (%)
20 100 200
Grafik Pengujian Population Size Terhadap
Waktu
0
20
40
60
80
100
120
140
16 Hole 21 Hole 34 Hole
Jumlah Hole
Time (s)
20 100 200
Gambar 8. Grafik Hasil Pengujian dengan Variasi Population
Size
Dari hasil pengujian terlihat bahwa semakin
besar nilai population size maka tingkat
keberhasilan (success rate) algoritma genetika
dalam menemukan solusi masalah semakin
bagus. Akan tetapi semakin besar nilai
population size maka waktu rata-rata yang
diperlukan untuk menemukan solusi pun akan
semakin lama. Jadi secara keseluruhan dapat
diambil kesimpulan bahwa semakin besar
population size maka tingkat keberhasilan
(success rate) yang capai akan semakin tinggi,
namun waktu yang dibutuhkan akan semakin
lama.
3. Pengujian Kriteria Penghentian Generasi
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui
bagaimana pengaruh pelebaran generasi pada
kriteria berhenti terhadap success rate dan
waktu rata-rata proses. Berikut adalah datadata
hasil pengujian yang ditampilkan dalam
bentuk grafik.
2500 generasi
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
20 100 200
Population Size
Success Rate (%)
16 Hole
21 Hole
34 Hole
10000 generasi
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
20 100 200
Populaton Size
Success Rate (%)
16 Hole
21 Hole
34 Hole
Gambar 9. Grafik Hasil Pengujian Kriteria Berhenti untuk
2500 generasi dan 10000 generasi terhadap
Success Rate
2500 generasi
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
20 100 200
Population Size
Time (s)
16 Hole
21 Hole
34 Hole
10000 generasi
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
20 100 200
Population Size
Time (s)
16 Hole
21 Hole
32 Hole
Gambar 10. Grafik Hasil Pengujian Kriteria Berhenti untuk
2500 generasi dan 10000 generasi terhadap
Waktu Proses
JURNAL TEKNIK MESIN Vol. 5, No. 2, Oktober 2003: 56 – 63
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Kristen Petra
http://puslit.petra.ac.id/journals/mechanical/
62
Dapat disimpulkan dari pengujian bahwa
dengan pelebaran jumlah generasi kriteria
berhenti maka tingkat keberhasilan yang
dicapai akan lebih tinggi namun waktu yang
dibutuhkan akan semakin lama.
4. Pengujian Variasi Metode Seleksi
Pengujian ini dilakukan untuk mendapatkan
kesimpulan mengenai metode seleksi mana
yang bagus. Grafik berikut menunjukkan hasil
pengujian yang telah dilakukan.
Grafik Pengujian Metode Seleksi Kawin
Silang Terhadap Success Rate
0
20
40
60
80
100
120
16 21 34
Jumlah Hole
Success Rate (%)
Roullete Wheel Tournament Selection
Grafik Pengujian Metode Seleksi Kawin
Silang Terhadap Waktu
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
16 21 34
Jumlah Hole
Time (s)
Roullete Wheel Tournament Selection
Gambar 11. Grafik Hasil Pengujian dengan Variasi
Metode Seleksi
Dari hasil pengujian ini dapat dilihat bahwa
baik metode Roullete Wheel maupun
Tournament mempunyai successs rate yang
sama. Namun waktu rata-rata yang dibutuhkan
jika memakai metode Tournamnet lebih lama
sedikit dibandingkan bila memakai metode
Roullete Wheel. Jadi dapat dikatakan
berdasarkan hasil pengujian bahwa baik
metode Roullete Wheel maupun metode
Tournament akan memberikan hasil yang tidak
jauh berbeda.
5. Pengujian Terhadap Gerakan Mesin Bor
Otomatis
Pengujian ini dilakukan untuk membandingkan
sistem kerja mesin bor otomatis tanpa
penerapan algoritma genetika untuk optimasi
gerakan mesin bor otomatis dengan sstem yang
menggunakan algoritma genetika. Untuk melihat
perbandingan antara pergerakan mesin
bor otomatis tanpa algoritma genetika dengan
yang menggunakan algoritma genetika dapat
dilihat dari efektifitas gerakan antara mesin bor
otomatis. Efektifitas gerakan disini maksudnya
adalah lama waktu yang dibutuhkan oleh mesin
bor otomatis dalam menyelesaikan pengeboran
semua pad dan via yang terdapat pada PCB.
Hasil pengujiannya dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Hasil Pengujian Gerakan Mesin Bor
Otomatis
PCB
Lama
Pengeboran
Tanpa
Algoritma
Genetika
(menit)
Lama
Pengeboran
Dengan
Algoritma
Genetika
(menit)
Selisih
(menit)
Persentase
(%)
A 16 : 40 07 : 49 08 : 51 53,1
B 13 : 09 09 : 59 04 : 50 36,76
C 19 : 52 12 : 17 07 : 35 38,17
Dari tabel di atas jelas terlihat bahwa waktu
yang dibutuhkan untuk melakukan pengeboran
dengan menerapkan algoritma genetika lebih
cepat dibandingkan dengan pengeboran tanpa
algoritma genetika. Perbedaan waktu lama
pengeborannya cukup besar. Jadi dapat disimpulkan
bahwa algoritma genetika dapat
diterapkan untuk mengoptimumkan gerakan
mesin bor otomatis.
6. Kesimpulan
Dari hasil pengujian yang telah dilakukan,
dapat diambil kesimpulan bahwa algoritma
genetika berhasil diterapkan untuk optimasi
gerakan mesin bor otomatis dan lebih efisien.
Hal ini terbukti lewat pengujian di mana waktu
yang dibutuhkan untuk melakukan pengeboran
dengan menggunakan algoritma genetika lebih
cepat dibandingkan tanpa menggunakan
algoritma genetika.
Optimasi Gerakan Mesin Bor Otomatis dengan Menggunakan Algoritma Genetika (Thiang, et al.)
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Kristen Petra
http://puslit.petra.ac.id/journals/mechanical/
63